User Interfaces and SQL Language 用户接口与SQL语言

User interface of DBMS

DBMS必须提供一些接口给用户使用数据库，用户接口类型包括
- 查询语言【核心】
  - 形式化查询语言
  - 表格式查询语言
  - 图形化查询语言
  - 受限制的自然语言查询
- 访问数据库的工具（GUI）
- API（解决在应用程序中访问数据库）
- 类库

关系查询语言

查询语言：让用户有效的从数据库中检索需要的数据
关系模型支持简单，有力的查询语言
查询语言不是编程语言
- 查询语言不是图灵完备的，不具备编程能力
- 不能做复杂计算

形式化基础

数学化

关系代数【过程化】
关系演算【非过程化】

SQL

数据定义语言【DDL】
查询语言【QL】
数据操纵语言【DML】
数据控制语言【DCL】

重要术语与概念

Base Table 基表
- 关系模型中的关系【物理存在的】
View 视图
- 虚表
数据类型
NULL
- 保留字：空值
UNIQUE
- 保留字：表的某个属性是否允许有重复值
DEFAULT
- 保留字：为某张表的某个属性默认缺损值
PRIMARY KEY
- 保留字：主键
FOREIGN KEY
- 保留字：外键
CHECK
- 保留字：定义完整性约束

基本的SQL查询

SELECT [DISTINCT] target-list
FROM     relation-list
WHERE   qualification

关系列表 relation-list 【查询设计的表】
目标列表 target-list 【要查询的东西】
条件 qualification 【布尔表达式】
DISTINCT 可选字符，加了的话表明要求系统对查询结果的重复元组要消除。

查询语句执行的基本策略

把FROM子句里出现的表做笛卡尔乘积
把笛卡尔乘积的觉果用qualification做筛选
根据target-list 内的对上一步结果做投影
如果有DISTINCT，将重复元组筛选

范围变量

即在FROM 内给表取别名，只要不会引起混淆，可以不加别名【下面的写法相同】

找出预定了船号为103的水手的姓名

SELECT S.sname  【最规范写法】
FROM Sailors S,Reserves R
WHERE S.sid = R.sid AND R.bid=103

SELECT S.sname
FROM Sailors S,Reserves R
WHERE S.sid = R.sid AND bid =103

SELECT sname
FROM Sailors,Reserves
WHERE Sailors.sid = Reserves.sid AND bid = 103

例子：

SELECT 不同时，慎重考虑是否要加DISTINCT
- 找出至少预定过一次船的水手
- ```
SELECT S.sid
FROM Sailors S,Reserves R
WHERE S.sid = R.sid
```
- 比如：此例中若将sid 改为sname 那么加不加DISTINCT对结果的意义就有影响。

SELECT 子句中可以使用表达式

SELECT S.age,age1=S.age-5,2*S.age AS age2   //给结果属性命名的两种办法【不一定两种方法都支持】
FROM Sailors S
WHERE S.sname LIKE 'B_%B'   //支持用like表达的模糊查询

用集合的交和并方式进行查找

找出预定过一艘红船或者预定过一艘绿船的水手的编号

SELECT S.sid
FROM Sailors S,Boats B,Reserves R
WHERE S.sid =R.sid AND R.bid = B.bid AND(B.color='red' or B.color = 'green')

SELECT S.sid
FROM Sailors S,Boats B,Reserves R
WHERE S.sid =R.sid AND R.bid = B.bid AND B.color='red'【所有预定红船的水手编号】
UNION
SELECT S.sid
FROM Sailors S,Boats B,Reserves R
WHERE S.sid =R.sid AND R.bid = B.bid AND B.color = 'green'【所有预定绿船的水手编号】

更新问题为：预定过红船和绿船的水手的标号

SELECT S.sid
FROM Sailors S,Boats B1,Reserves R1,Boats B2,Reserves R2  【进行自连接】
WHERE S.sid = R1.sid AND R1.bid=B1.bid AND S.sid=R2.sid AND R2.bid=B2.bid
AND (B1.color='red' AND B2.color='green')
【自连接方法效率不高】

SELECT S.sid
FROM Sailors S,Boats B,Reserves R
WHERE S.sid =R.sid AND R.bid = B.bid AND B.color='red'【所有预定红船的水手编号】
INTERSECT 【集合的交不是每个数据库都支持】 
SELECT S.sid
FROM Sailors S,Boats B,Reserves R
WHERE S.sid =R.sid AND R.bid = B.bid AND B.color = 'green'【所有预定绿船的水手编号】
【集合的交操作】

SELECT S.sid 
FROM Sailors S,Boats B,Reserves R 
WHERE S.sid =R.sid AND R.bid = B.bid AND B.color = 'red' AND S.sid in ( SELECT S.sid 
FROM Sailors S,Boats B,Reserves R 
WHERE S.sid =R.sid AND R.bid = B.bid AND B.color = 'green' )
【嵌套查询的方法】

嵌套查询

找出预定了103号船的水手姓名

SELECT S.sname
FROM Sailors S
WHERE S.sid IN(SELECT R.sid
	FROM Reserves R
	WHRER R.bid=103)

该例子为非关联嵌套，子查询只执行一次

SELECT S.sname
FROM Sailors S
WHERE EXISTS (SELECT *
	FROM Reserves R
	WHRER R.bid=103 AND S.sid =R.sid)

该查询为关联嵌套，子查询要做多次【相当于二层循环】
且只被一个水手预定过的船的编号：

SELECT  bid
FROM Reserves R1
WHERE bid NOT IN (
		SELECT bid
		FROM Reserves R2
		WHERE R2.sid != R1.sid)

查找出一个水手级别比任何一个叫Horatio的水手级别高的

SELECT * 
FROM Sailors S
WHERE S.rating > ANY(
	SELECT S2.rating
	FROM Sailors S2
	WHERE S2.sname = 'Horatio')

除法

找出预定了所有船的水手

SELECT S.sname
FROM Sailors S
WHERE NOT EXISTS
	((SELECT B.bid
	FROM Boats B)  【所有的船】
	EXCEPT   【减去】
	(SLELECT R.bid 
	FROM Reserves R
	WHERE R.sid =S.sid)【该水手订过的船】
     【结果就是该水手没订过的船，若不存在，那么他就订过所有的船】
	)

SELECT S.sname
FROM Sailors S
WHERE NOT EXISTS(SELECT B.bid
			FROM Boats B
			WHERE NOT EXISTS(SELECT R.bid
			FROM Reserves R
			WHERE R.bid =B.bid
			AND R.sid = S.sid
			))
			【双重否定表肯定】

SQL语言内的函数运算

COUNT*
- 统计关系里面有多少元组
COUNT([DISTINCT]A)
- 统计关系属性A有多少个不同的值
SUM
- 求和
AVG
- 求平均值
MAX
- 求最大值
MIN
- 求最小值

例子

SELECT COUNT *
FROM Sailors S 
【查找有多少个水手】

SELECT COUNT(DISTINCT S.rating)
FROM Sailors S
WHERE S.sname ='Bob'
【叫bob的有多少个级别】

分组查询

结构

SELECT target-list
FROM relation-list
WHERE qualification
GROUP BY grouping-list【将筛选后得到的结果通过group by进行分组得到grouping-list】
HAVING group-qualification 【对group by 得到的组进行筛选】

概念化执行步骤

把 FROM子句中出现的表进行笛卡尔乘积，拼接起来
用where子句的qualification进行筛选
按照group-by将经过筛选后的元组进行分组
用having子句对分组进行筛选
将筛选后的组通过select子句进行运算，每一个组得到一个结果
要求，select 子句和having子句中的属性必须是group by分组属性值的子集

例子

求出年龄大于18岁的水手里每个级别最年轻的水手，且级别组人数有2个以上

SELECT S.rating,MIN(S.age) AS minage
FROM Sailors S
WHERE S.age>=18
GROUP BY S.rating
HAVING COUNT(*) >1

查每一条红船的预定人数有多少

SELECT B.bid,COUNT(*) AS scount
FROM Boats B,Reserves R
WHERE R.bid = B.bid AND B.color='red'
GROUP BY B.bid

SELECT B.bid,COUNT(*) AS scount
FROM Boats B,Reserves R
WHERE R.bid = B.bid 
GROUP BY B.bid
HAVING B.color='red'
【报错。此处的having属性的值不是group by的子集】

找出年龄大于18的各个级别中的最小年龄，级别人数至少为两人（任意年龄）

SELECT S.rating,MIN(S.age)
FROM Sailors S
WHERE S.age>18
GROUP BY S.rating
HAVING 1<(SELECT COUNT(*)
	FROM Sailors S2
	WHERE S2.rating=S.rating)

查找平均年龄最小的级别

SELECT Temp.rating
FROM (SELECT S.rating,AVG(S.age)AS avgage
	FROM Sailors S
	GROUP BY S.rating)AS Temp
WHERE Temp.avgage = (SELECT MIN(Temp.avgage)
FROM Temp)

FROM语句里面也可以嵌套查询

空值问题

空值是不知道，是没有。
需要一些特别的操作判断是否为空
考虑空值与布尔表达式的影响
需要三级逻辑（真、假、不知道）

一些扩展

CAST表达式

类似于C、C++的强制类型转换
CAST + NULL(Expression) AS Data type

作用

符合函数语法
改变计算精度
给空值赋予数据类型

CASE表达式

可以简单的做条件判断

用法

CASE 
	WHEN type='chain saw' THEN accidents 
	ELSE 0e0
END

子查询

一个查询里面嵌套着查询就是子查询

类型

标量子查询
- 查询结果就是单个的值
表表达式
- 查询结果是一张表
公共表表达式
- 在一些复杂的查询中，一个表表达式可能需要用到多次，将它只定义一次，多次调用结果

用with子句可以定义公共表表达式【相当于是一个临时视图】

例子

找出哪个部门的工资最高

WITH payroll(deptno,totalpay) AS(SELECT deptno totalpay
	FROM emp
	GROUP BY deptno)
SELECT deptno
FROM payroll
WHERE totalpay=(SELECT max(totalpay)
	FROM payroll)

Outer Join 外连接

EXCEPT和EXCEPT ALL
- 都是做集合差，但EXCEPT ALL 不删重复元组，也就不用排序，效率比EXCEPT高
用UNION ALL对多个SELECT结果并起来【这就是外连接】

递归查询

在公共表表达式中用了自己的查询就是递归查询

例子：

WITH agents(name,salary) AS
((SELECT name,salary    【initial query】
 FROM FedEmp
 WHERE manager='Hoover')
UNION ALL
(SELECT f.name,f.salary   【recursive query】
FROM agents AS a,FedEmp AS f
WHERE f.manager=a.name))
SELECT name 【final query】

飞机零件例子【有向无环图】
飞机航班例子【有向有环图】
- 控制递归的结束条件

数据操纵语言

DELETE
- 把表内满足条件的元组删除
UPDATE
- 把满足条件的元组的某些值进行更新
Insert
- 向表内插入元组
- 例子
  - ```
  Insert into employees values("smith")
```

SQL中的视图

分类及相关介绍

普通视图【虚表】
- 实现外模式
- 利用视图和逻辑模式的映射实现数据的逻辑独立性
- 数据库只存储视图的定义，不存储数据，数据在调用时临时计算，数据内容非永久保存
- 实现了数据库的安全性
- 对视图内数据的修改的问题
临时视图【公共表表达式】
- 没有存储视图的定义
- 可以实现递归查询

嵌入式SQL

为了实现和程序设计语言结合，解决的问题
- 如何让程序设计语言接收SQL语言
- DBMS和应用程序如何交换数据和信息
- DBMS的查询结果是个集合，如何传递给程序设计语言中的变量
- DBMS支持的数据类型和应用程序支持的数据类型不是完全一样

解决方法

嵌入式SQL
编程的API
封装的类

以C语言中的嵌入式SQL

以ECEC SQL,开始，以；结尾会被预编译器识别为嵌入式SQL命令
用宿主变量在DBMS和应用程序之间交换数据和消息
在SQL命令里，可以用：的方法引用宿主变量的值
宿主变量在C语言中就当一个普通的变量使用
不可以把宿主变量定义为数组或结构
一个特殊的宿主变量，通过SQLCA在C和DBMS进行数组交换
SQLCA.SQLCODE 可以判断查询结果
用说明符来表示宿主变量的NULL

定义数组变量

EXEC SQL BEGIN DECLARE SECTION;
char SNO[7];
char GIVENSNO[7];
char CNO[6];
char GIVENCNO[6];
float GRADE;
short GRADE1;
EXEC SQL END DECLARE SECTION;

执行命令的方式

连接

EXEC SQL CONNECT :uid IDENTIFIED BU:pws: ;

执行DML语句

EXEC SQL INSERT INTO SC(SNO,CNO,GRADE)VALUES(SNO,:CNO,:GRADE);

查询【简单查询，返回一个值】

EXEC SQL SELECT GRADE INTO :GRADE,:GRADE1
FROM SC
WHERE SNO=:GIVENSNO AND CNO=:GIVENCNO;

为了处理查询返回的集合，引入游标机制

Cursor游标的操作步骤

定义游标

EXEC SQL DECLARE 游标名 CURSOR FOR
SELECT
FROM 
WHERE

执行游标【可以理解为打开一个文件】
- ```
EXEC SQL OPEN 游标名
```

取游标内每一条元组

EXEC SQL FETCH 游标名
	INTO  :hostvar1,:hostvar2;

判断查询结果是否取完
- SQLCA.SQLCODE ==100 时取完
关闭CURSOR
```
CLOSE CURSOR
```

动态SQL

上一个例子运用CURSOR的SQL语句是确定的，为了实现动态的SQL，

可以直接运行的动态SQL【非查询】
动态SQL的查询【带动态参数】
动态构造查询语句

例子

可以直接运行的动态SQL【非查询】
- 用字符数组动态拼接出一条sql语句
- ```
EXEC SQL EXECUTE IMMEDIATE :sqlstring;
```
- 让系统动态的及时执行sqlstring中的sql语句

动态SQL的查询【带动态参数】

运用占位符

EXEC SQL PREPARE PURGE FROM :sqlstring;【sql命令执行准备】
EXEC SQL EXECUTE PURGE USING:birth_yers;【将参数替换】

动态构造查询语句

用字符数组动态拼接出一条查询语句

EXEC SQL PREPARE query FROM :sqlstring;   【先准备一下查询语句】
EXEC SQL DECLARE grade_cursor CURSOR FOR query; 【建立一个游标】
EXEC SQL OPEN grade_cursor USING :GIVENCNO; 【在此处替换占位符】

存储过程机制

允许用户把一组常用的sql定义为一个存储过程，系统对其优化编译后可以被直接调用。
- 用户使用更加方便，应用需求发生变化时，只需要改变存储过程
- 改进性能
- 可以扩展DBMS的功能

doordiey

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